Circulateur Magnéto-plasmonique

**Circulateur magnéto-plasmonique : de la conception à la démonstration expérimentale // Magneto-plasmonic circulator : from design to experimental demonstration**:

- Réf **ABG-121816**
**ADUM-55596**
- Sujet de Thèse- 26/03/2024- Université Paris-Saclay GS Physique- Lieu de travail- Palaiseau - France- Intitulé du sujet- Circulateur magnéto-plasmonique : de la conception à la démonstration expérimentale // Magneto-plasmonic circulator : from design to experimental demonstration- Mots clés- Plasmonique, Champ proche, Optique guidée, Magnéto-optique
- Plasmonics, Near-field, Guided optics, Magnto-optics**Description du sujet**:

- La transmission non réciproque la plus efficace dans les guides d'ondes planaires est basée sur l'effet Kerr Magnéto-Optique Transverse (TMOKE) à l'interface entre une couche de matériau MO et le guide d'ondes. Cependant, l'effet MO reste souvent perturbatif et insuffisant. Plusieurs approches d'intégration hybride dans des plateformes photoniques visent à améliorer les propriétés non réciproques des MO. Une structure particulièrement prometteuse a été proposée et démontrée numériquement par l'équipe Cimphonie (C2N) en 2021. Le principe, appelé magnéto-biplasmonique, explore le TMOKE amélioré à la fois par les plasmon-polaritons de surface et le système de modes couplés dans un guide d'ondes à fente. Le TMOKE induit une asymétrie des profils des modes couplés, qui dépend de la direction de propagation : l'énergie optique transportée par ces modes ne suit pas le même chemin dans les directions aller et retour. Cette propriété est utilisée pour réaliser une transmission optique non réciproque.
- Ce nouveau principe constitue une percée dans le domaine de la non-réciprocité : pourtant, il n'a été décrit que théoriquement et la première démonstration expérimentale fait toujours défaut. Ce concept sera développé dans le cadre du projet Horizon Europe PathfinderOpen CIRCULIGHT à partir de 2024 afin de démontrer un circulateur magnéto-biplasmonique.
- Dans ce contexte, l'objectif principal de la thèse est de démontrer expérimentalement l'effet magnéto-biplasmonique, en utilisant et en adaptant un microscope à balayage et à champ proche (SNOM). Un SNOM commercial est disponible dans l'équipe d'accueil, et sera développé et adapté dans le cadre de la thèse afin de caractériser les dispositifs magnéto-plasmoniques guidés.
or gas sensing for environment, or quantum cryptography. In order to minimize and to densify photonic circuits, numerous optical devices must be integrated together efficiently and without crosstalk. To successfully achieve this integration, performing integrated isolators or circulators, which both require non-reciprocal light transmission, are required but not yet available. Indeed, their realization remains a major challenge.
- The most efficient non-reciprocal transmission in planar waveguides is based on Transverse Magneto-Optical Kerr effect (TMOKE) at the interface between a MO material layer and the waveguide. However MO effect often remains perturbative and insufficient. Several hybrid integration in photonic platform approaches aim at enhancing the non-reciprocal MO properties. A particularly promising device structure has been proposed and numerically demonstrated in Cimphonie Team (C2N) in 2021. The principle, called magneto-biplasmonic, explores the TMOKE enhanced by both the surface plasmon polaritons and coupled modes system in a slot waveguide. Here TMOKE induces asymmetrization of the coupled modes profiles, which depends on the propagation direction: the optical energy carried by these modes doesn't follow the same path in the forward and backward directions. This property is used to realize non-reciprocal optical transmission.
- This new principle brings a breakthrough in this research field: yet, it has been only theoretically described and the first experimental demonstration is still lacking. This concept will be developed within the Horizon Europe PathfinderOpen project CIRCULIGHT starting in 2024 in order to demonstrate a magneto-biplasmonic circulator.
- In this context the main objective of the PhD is to experimentally demonstrate the magneto-biplasmonic effect, using and adapting a Scanning-Near-Field Microscope (SNOM). A commercial SNOM is available in the host team, and the setup will be further developed in order to characterize MO and plasmonic guided devices.
Début de la thèse : 01/10/2024**Nature du financement**:
**Précisions sur le financement**:

- Europe - Autres cadres de financement**Présentation établissement et labo d'accueil**:

- Université Paris-Saclay GS Physique**Etablissement délivrant le doctorat**:

- Université Paris-Saclay GS Physique**Ecole doctorale**:

- 575 Electrical, Optical, Bio-physics and Engineering- Goût pour l'expérimentation et la découverte de nouveaux domaines. - Capacité à travailler dans le cadre d'un projet mul